秦懷義

【摘要】文章集中探討了功率因數(shù)對(duì)廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的幾種方法，還討論了目前所通用的幾種無(wú)功電源及其特點(diǎn)。這對(duì)供電企業(yè)是十分有益的。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)；無(wú)功功率補(bǔ)償；無(wú)功電源

為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱(chēng)為無(wú)功功率，因此，所謂的“無(wú)功”并不是“無(wú)用”的電功率，只不過(guò)它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無(wú)功電源，兩者缺一不可。

一、影響功率因數(shù)的主要因素

（1）大量的電感性設(shè)備。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60%～70%；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。（2）變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無(wú)功功率約為滿(mǎn)載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。（3）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般無(wú)功將增加35%左右。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?

（1）低壓個(gè)別補(bǔ)償。就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無(wú)功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行（如大中型異步電動(dòng)機(jī)）的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主。優(yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無(wú)功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。（2）低壓集中補(bǔ)償。指將低壓電容器通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功補(bǔ)償中常用的手段之一。（3）高壓集中補(bǔ)償。指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6kV～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶(hù)遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶(hù)本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用。同時(shí)便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。

三、采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

（1）合理使用電動(dòng)機(jī)；（2）提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量；（3）采用同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無(wú)功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無(wú)功，在過(guò)勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無(wú)功。因此，對(duì)于恒速長(zhǎng)期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。（4）合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運(yùn)行方式：對(duì)負(fù)載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒ǎ蛊湄?fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。

四、無(wú)功電源

電力系統(tǒng)的無(wú)功電源除了同步電機(jī)外，還有靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這4種裝置又稱(chēng)為無(wú)功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。同步電機(jī)。同步電機(jī)中有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及調(diào)相機(jī)3種。一是同步發(fā)電機(jī)：同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)出無(wú)功功率：Q=S×sinφ=P×tgφ。其中，Q、S、P、φ是相對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主，向系統(tǒng)提供無(wú)功，但必要時(shí)，也可以減小勵(lì)磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的“進(jìn)相運(yùn)行”，以吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功。二是同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，它能在欠勵(lì)或過(guò)勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無(wú)功，裝有自勵(lì)裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，近來(lái)已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。三是并聯(lián)電容器：并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無(wú)功電源，由于通過(guò)電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)發(fā)quot；無(wú)功功率：Q=U2/Xc。其中，Q、U、Xc分別為無(wú)功功率、電壓、電容器容抗。并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資。四是靜止無(wú)功補(bǔ)償器。靜止無(wú)功補(bǔ)償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對(duì)于控制信號(hào)反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制。但由于晶閘管控制對(duì)電抗器的投切過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，為此需加裝專(zhuān)門(mén)的濾波器。